钛表面丝素蛋白调控磷酸钙仿生矿化的研究

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骨缺损的修复,一直是临床医学、生命科学以及材料科学领域的难点。钛(Titanium,Ti)因耐蚀性好、韧性高、弹性模量与骨接近等优点,已成为临床骨科和牙科广泛应用的植入材料。但是,钛的主要成分与骨组织完全不同,不能与骨形成化学结合,缺乏骨诱导能力。故对钛表面进行修饰以提高其生物活性,是提高其骨诱导能力的关键。在钛表面制备磷酸钙涂层即是提高骨诱导能力的有效方法。而已有研究报道,丝素蛋白(silk fibroin,简称SF)中的—COOH基团易诱导磷酸钙的矿化。同时,丝素蛋白具有良好的结构稳定性、生物安全性和可降解性,是一种优良的生物材料。故本文将丝素蛋白涂覆到钛表面,研究其调控磷酸钙晶体生长的过程与机制,并进一步评价这种涂层材料的生物相容性。本研究首先通过在钛表面涂覆丝素蛋白膜与仿生矿化相结合的方式,在复合材料上制备磷酸钙涂层。运用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线多晶粉末衍射仪(XRD)、傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)等表征方法对所制备的涂层进行形貌、晶相和结构等分析。再将成骨样细胞MG-63细胞种植于所制得的复合涂层上进行共培养,运用荧光染色、MTT和碱性磷酸酶活性测定等方法,来检测复合材料对MG-63细胞的粘附、增殖和分化的影响。最后,采用皮下埋植的方式将复合材料植入大鼠体内,观察其对大鼠组织及生命活动的影响。定期取出材料及周围组织,经免疫组织染色(苏木精-伊红染色)和FESEM,观察大鼠的组织反应,进而探讨其组织相容性,为复合材料的后续应用做准备。研究结果显示,丝素蛋白膜可以诱导磷酸钙在钛表面沉积,而在丝素蛋白膜中添加羟基磷灰石(Hydroxyapatite,简称HAP或HA)颗粒或将丝素蛋白膜经饱和氢氧化钙溶液处理,可以提高磷酸钙晶体沉积速度,所制备的涂层晶体形貌呈圆边片层状,主要晶相为磷酸八钙,并且沿002晶面择优取向生长。细胞实验结果表明,钛表面涂覆的丝素蛋白及矿化涂层,有利于MG-63细胞的粘附、增殖与早期成骨分化,说明此种复合涂层具有良好的细胞相容性。动物皮下埋植实验结果显示,复合涂层有利于结缔组织的生长,没有引起明显的炎症反应与组织坏死现象,证明其具有良好的组织相容性,是一种良好的生物涂层材料。
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